■ 朱海 湖北省隨州市消防救援支隊指揮中心

傳統(tǒng)的消防訓練方式中包含技能訓練、作業(yè)訓練以及現(xiàn)場演練等模式，這些訓練方式都需要實地場所，具體現(xiàn)場情況布置以及相關(guān)人員的技能訓練重點是讓他們更多地熟悉相關(guān)器材裝備和技術(shù)戰(zhàn)術(shù)，一般通過單兵訓練或者是小組訓練方式進行。作業(yè)訓練以及現(xiàn)場演練是為了強化相關(guān)人員的指揮以及團隊協(xié)作能力，主要是針對消防員進行訓練。對消防救援支隊隊伍訓練來說，消防員訓練是訓練中的重難點部分[1]。作業(yè)訓練在一定程度上能夠達到對消防員培養(yǎng)的要求，不過，對于一些比較嚴峻的火情情況，很難做到真正的模擬，采取現(xiàn)場演練的方式又存在高成本和高風險的特點，所以很難實現(xiàn)推廣應用。而構(gòu)建并使用滅火救援模擬訓練系統(tǒng)能夠解決相關(guān)問題，具有貼近現(xiàn)實場景的應用成效。

一、三維可視化技術(shù)

三維可視化技術(shù)是基于二維平面技術(shù)發(fā)展而來的，這種技術(shù)是三維空間中的物體形象呈現(xiàn)技術(shù)，這也是該技術(shù)的本質(zhì)特征。通過對物體進行三維效果的呈現(xiàn)，可以讓人們直觀看到和感受到物體的特征，加深對于物體的理解。而這其中，可視化是通過抽象化的對象處理后，借助計算機技術(shù)進行轉(zhuǎn)化，基于可視化基礎(chǔ)和計算機圖形學理論應用將二維圖形轉(zhuǎn)化成三維圖形，構(gòu)建三維可視化的立體空間，達到可視化的效果[2]。事實上，現(xiàn)實生活中的地形、地物等對象就是三維可視化技術(shù)應用的主要趨勢和方向。實現(xiàn)三維立體化、可視化物體形象呈現(xiàn)，關(guān)鍵是借助計算機圖形學技術(shù)以及圖像處理技術(shù)等，將相應的地理形象搬到電子屏幕中，對三維圖形進行可視化操作，實現(xiàn)模型描繪和理解，這也是三維可視化技術(shù)的具體表現(xiàn)形式。通過技術(shù)手段將具體物質(zhì)變?yōu)槌橄螅瑥亩S轉(zhuǎn)向三維，將現(xiàn)實轉(zhuǎn)化為虛擬，讓人們通過計算機就能直觀感知空間對象。三維可視化技術(shù)有以下特征：

第一，具有很強的直觀性。肉眼看到的世界是立體的，具有很強的空間感，而人們使用工具展示的物體等多是通過平面圖形來呈現(xiàn)的，而借助三維可視化技術(shù)，能夠提升現(xiàn)實感，讓圖形和實物的差距不斷縮小。要是對相應三維模型進行不斷渲染，最終呈現(xiàn)出來的物體和圖像效果就會越來越接近，提升了物質(zhì)的直觀性[3]。

第二，具有一定的可靠性。通過對物體圖像進行制作和加工，結(jié)合實物的比例進行設(shè)計，這樣呈現(xiàn)的三維物體帶來的感受更好，操作時讓人有身臨其境的感覺，具有很強的可靠性。

第三，具有理想的兼容性。通過三維可視化技術(shù)的應用，不需要相關(guān)研發(fā)人員進行一一建模，只需要通過CAD圖紙進行掃描，在相應軟件中識別，就可以達到快速建模的效果。而對于一些消防機構(gòu)來說，一些消防人員自身有一定的CAD制圖能力和基礎(chǔ)，單位內(nèi)部也有相應建模需要的圖紙，這對于加速三維建模工作進度有一定的奠基作用。

將三維可視化技術(shù)應用到消防訓練中，通過構(gòu)建三維可視化模擬訓練系統(tǒng)，構(gòu)建真實的虛擬環(huán)境，簡化人機交互設(shè)計，可以滿足消防救援人員在虛擬場景中進行消防救援技能和滅火技能的訓練，這種訓練可以避免高成本的制造訓練場景的工作，讓相關(guān)消防救援人員能夠在虛擬培訓環(huán)境中鍛煉技能。相關(guān)消防人員可以借助計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)，進行模擬仿真訓練和學習觀摩，保證模擬訓練量和訓練效果。在具體的消防滅火救援模擬訓練中，不僅要模擬相關(guān)救援環(huán)境，還需要模擬相關(guān)救援設(shè)施、器材以及相關(guān)操作功能，通過這樣的模擬訓練，相關(guān)消防救援人員能夠有效把握相關(guān)設(shè)施應用技能，在三維可視化技術(shù)支持下，營造逼真的虛擬場景，能夠更好地節(jié)省人力、物力、財力，提升消防救援人員滅火救援能力的訓練效果[4]。

二、滅火救援模擬系統(tǒng)概述

隨著時代的發(fā)展進步，技術(shù)不斷革新，人們的安全意識也在不斷提升，這些都需要應急救援工作也能夠順應時代發(fā)展趨勢，不斷進行傳統(tǒng)工作模式的改變，轉(zhuǎn)變思路和方法，做好消防模擬仿真訓練工作，提升綜合應急救援能力。在以往的消防演練訓練中，消防救援隊伍需要做好提前準備，花費一定的人力、物力、財力來進行設(shè)備、場景等的營造，設(shè)計相應的預案對于演習中的意外情況進行預防，前期投入比較大，但是最后開展的實際訓練效果可能并不是很理想。對此，考慮采取建模的方式構(gòu)建虛擬訓練系統(tǒng)，這種系統(tǒng)構(gòu)建后，能夠?qū)崿F(xiàn)無限操作，在相應場景轉(zhuǎn)換中，只需要對于相應場景數(shù)據(jù)進行改變即可，且在這種滅火救援模擬系統(tǒng)應用中，完全不用擔心相關(guān)消防救援人員會有意外的生命安全風險，可以有效避免傳統(tǒng)消防訓練的不足，促進滅火救援訓練工作有序開展[5]。以三維可視化技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建滅火救援模擬訓練系統(tǒng)，能夠有效促進消防救援支隊救援能力的提升。

隨著相關(guān)計算機技術(shù)的發(fā)展應用，通過三維可視化技術(shù)實現(xiàn)滅火救援模擬訓練系統(tǒng)的構(gòu)建具有一定的可行性。通過三維技術(shù)構(gòu)建火災模擬現(xiàn)場環(huán)境，可以真實的展示現(xiàn)場情況，相關(guān)消防救援參訓人員也能夠通過滅火救援模擬仿真訓練強化交流合作，提升滅火救援技能，掌握滅火救援要點和技戰(zhàn)術(shù)。在滅火救援模擬仿真訓練中，相關(guān)消防滅火救援模擬訓練人員能夠盡快進行狀態(tài)調(diào)整?；谌S可視化技術(shù)構(gòu)建的滅火救援模擬訓練系統(tǒng)應該包含：消防知識培訓模塊、消防訓練管理模塊、態(tài)勢現(xiàn)實管理模塊、處置評判管理模塊、過程回放管理模塊以及用戶角色管理模塊等。通過使用計算機和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，構(gòu)建相應的火災場景，通過設(shè)置不同角色部署滅火救援方案[6]。相關(guān)滅火救援參訓人員需要根據(jù)自身的級別、工作要求進行角色扮演和模擬滅火救援模擬仿真訓練，促進應急救援隊伍協(xié)調(diào)和合作。

三、滅火救援模擬系統(tǒng)設(shè)計特點

（一）實戰(zhàn)性

對消防滅火救援人員開展模擬仿真訓練，旨在提升他們的組織指揮能力和應變能力，讓他們通過感知真實的火場情景，鍛煉戰(zhàn)術(shù)，提升技能。在傳統(tǒng)消防訓練中，多通過現(xiàn)場演練進行訓練，很難強化相關(guān)人員多方面的素養(yǎng)培養(yǎng)，所以，在基于三維可視化技術(shù)的滅火救援模擬系統(tǒng)中，必須要保證其對抗性、實戰(zhàn)性。

第一，確保系統(tǒng)情節(jié)多變。不同的火災發(fā)生地、發(fā)生范圍帶來的火場環(huán)境和影響是不一樣的，借助三維可視化的滅火救援模擬系統(tǒng)設(shè)計，能夠結(jié)合受訓者選擇不同處置措施的設(shè)計，應對不同的火情變化，還可以模擬突發(fā)險情，強化受訓者的應變能力。

第二，在戰(zhàn)斗對抗中，關(guān)鍵的一點是會出現(xiàn)人員、裝備的占用和損耗。傳統(tǒng)消防訓練很難保證現(xiàn)場演練的對抗性，而在滅火救援模擬系統(tǒng)中，能夠通過構(gòu)建模型對消防救援支隊的戰(zhàn)斗力以及災情實施量化處理，還能模擬戰(zhàn)斗中的人員設(shè)備損害和占用等情況，彌補現(xiàn)場演練的不足。

（二）操作可重復性

在傳統(tǒng)的現(xiàn)場演練中，必須要大量調(diào)動人力和物力，消耗是在所難免的，且一般也很難進行重復性演練?？紤]到演習中設(shè)置的消防員名額限制，相關(guān)受訓者無法同時兼任指揮員，所以很難得到全面鍛煉。而滅火救援模擬系統(tǒng)可以完全不用考慮限制因素，能夠?qū)τ跒那檫M行精準呈現(xiàn)，還可以多次、重復進行呈現(xiàn)，滿足操作重復性需要。受訓者在訓練中可以同時擔任同級別的指揮員，對于同一問題進行處理，也可以擔任其他不同角色[7]。在這樣的訓練模式中，訓練次數(shù)能夠不斷提升，受訓者的組織指揮能力也能夠得到鍛煉。

（三）重點突出性

在滅火救援中，對消防救援隊伍進行組織指揮是訓練的關(guān)鍵所在，傳統(tǒng)現(xiàn)場演練模式中，需要花費的人力、物力、財力資源眾多，而借助滅火救援模擬系統(tǒng)，可以將重點放在訓練上，從而做到有足夠的時間來兼顧全局。針對訓練內(nèi)容，可以通過增加訓練作業(yè)量、增設(shè)角色的方式，讓參訓者能夠接受訓練，提升多方面技能和素養(yǎng)。

（四）過程可知性

在訓練過程中發(fā)現(xiàn)問題也是進行訓練的主要目的之一，這樣才能夠通過訓練不斷提升滅火救援的準確性、安全性，避免在救援中出現(xiàn)其他事故[8]。單一的現(xiàn)場演練模式涉及比較廣，人員也比較混亂，在演習中的導演指揮員很難做到把握全局，可能導致演練中存在一定的疏漏。而借助滅火救援模擬系統(tǒng)，能夠?qū)κ苡栒叩挠柧氝^程進行精準記錄，導演指揮員可以隨時觀看和播放，可以看到每位參訓對象的全部訓練過程，作為受訓者自身，也可以及時發(fā)現(xiàn)自己在訓練中的不足和問題，以便及時進行改正。

四、基于三維可視化技術(shù)的滅火救援模擬系統(tǒng)設(shè)計思路

（一）系統(tǒng)框架

此次滅火救援模擬系統(tǒng)設(shè)計以三維地理信息系統(tǒng)平臺軟件為基礎(chǔ)，應用VB開發(fā)軟件，通過VRMap3.0Q企業(yè)版進行仿真模擬，這一應用在進行系統(tǒng)二次開發(fā)中有突出的應用效果。

基于系統(tǒng)設(shè)計需要，為提升系統(tǒng)性能，采取分布式設(shè)計，這對于緩解系統(tǒng)數(shù)據(jù)負擔有一定作用，分布式系統(tǒng)庫設(shè)計可以將大量的數(shù)據(jù)負擔分布到相應的分部系統(tǒng)中，避免數(shù)據(jù)負擔集中導致的系統(tǒng)運行困難甚至是癱瘓問題出現(xiàn)。此次系統(tǒng)開發(fā)中，選擇Microsoft SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫軟件，主要是因為這一軟件可以滿足多用戶的同時操作需要，還能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的數(shù)據(jù)使用需要求。系統(tǒng)設(shè)計使用Microsoft Visual Studio.NET 2005作為數(shù)據(jù)編程，在這樣的系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境中，可以為系統(tǒng)設(shè)計提供可靠的指令控制語言，滿足豐富的數(shù)據(jù)類型需要。系統(tǒng)設(shè)計能夠確保代碼模塊化設(shè)計需要，這對于提升系統(tǒng)的拓展性能也有積極作用。系統(tǒng)設(shè)計分為用戶管理模塊、訓練設(shè)計模塊以及評定考核模塊。

（二）系統(tǒng)功能及其實現(xiàn)分析

滅火救援模擬系統(tǒng)借助三維可視化技術(shù)，確保系統(tǒng)動態(tài)更新，為消防訓練提供虛擬現(xiàn)實的場景支持，構(gòu)建交互式操作系統(tǒng)，確保訓練的可靠性。在設(shè)計中，借助虛擬現(xiàn)實（VR）、增強現(xiàn)實（AR）、智慧三維仿真等科學技術(shù)手段實現(xiàn)貼近現(xiàn)實的仿真訓練，對系統(tǒng)性能做進一步提升，效果突出。就系統(tǒng)功能實現(xiàn)來看，主要包含以下幾點：

1.用戶管理系統(tǒng)實現(xiàn)

這一模塊要讓用戶通過登錄獲取相應權(quán)限，對系統(tǒng)進行管理，將考評結(jié)果和用戶對接起來。在這一模塊設(shè)計中，要確保系統(tǒng)使用者能夠按照不同操作需求進行分類，包含系統(tǒng)管理員、教員以及參訓對象三類，他們分別對應不同的系統(tǒng)權(quán)限。管理員功能設(shè)計中，要滿足管理員在打開網(wǎng)頁后，進入登錄界面，輸入用戶名和密碼，登錄系統(tǒng)。完成登錄后，選擇管理員界面，進行用戶權(quán)限管理。在管理員界面，還可以查看其他管理員信息，或者是添加新管理員。在這一模塊設(shè)計中，還需要滿足用戶考評結(jié)果管理操作需要，教員能夠?qū)τ趨⒂枌ο罂己擞涗涍M行復查，還可以根據(jù)考試記錄號以及參訓對象姓名進行查找，查看考核成績。

2.訓練設(shè)計和評定系統(tǒng)實現(xiàn)

這一模塊設(shè)計中，需要按照訓練目的進行編輯和管理。設(shè)計制作訓練場景和設(shè)置訓練問題，結(jié)合場景需求進行相應的動畫制作，插入相應的影像和聲音，構(gòu)建真實的模擬火災場景。在完成訓練后，系統(tǒng)能夠?qū)⒂枌ο蟮牟僮鬟M行打分，評定方式是系統(tǒng)自動評定和專家評價相結(jié)合，其中，參訓對象在訓練中對于相關(guān)問題的回答時間也納入考核指標。

3.訓練考核功能實現(xiàn)

這一模塊主要是針對參訓對象操作設(shè)計的，是對參訓對象的訓練和考核。參訓對象通過輸入自己的身份信息登錄系統(tǒng)，模塊中會顯示訓練的具體場景以及問題，參訓對象需要在規(guī)定時間內(nèi)完成對于問題的回答，部署消防力量，最后模塊能夠?qū)⒂枌ο蟛僮饔涗浵聛?，結(jié)合訓練設(shè)計以及評定模塊評定結(jié)果計算出最終的考核成績。

五、結(jié)語

滅火救援模擬訓練系統(tǒng)為消防訓練工作提供了一個虛擬的實戰(zhàn)課堂，通過三維可視化技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)等的應用，構(gòu)建一個個虛擬現(xiàn)實的火災和救援場景，讓相關(guān)消防滅火救援人員在系統(tǒng)中體驗感知，進行模擬仿真滅火救援訓練，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)消防訓練培訓模式，讓受訓者的理論知識和專業(yè)技能能夠得到全面強化，綜合提升消防救災能力，幫助更好地解決實際滅火救援中遇到的難題，大力提升消防人才培養(yǎng)的質(zhì)量和效率。